2025 无损检测 基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测方法

GB/T33210—2025

目次

前言

…………………………Ⅲ

范围

1………………………1

规范性引用文件

2…………………………1

术语和定义

3………………1

检测原理

4…………………1

安全要求

5…………………2

通用检测工艺规程

6………………………3

检测系统

7…………………3

检测程序

8…………………5

检测记录与报告

9…………………………8

附录资料性主应力差与电流差差分电压的关系

A()、…………………9

附录资料性基于剪应力差法的主应力分离计算方法

B()……………12

附录资料性确定灵敏度

C()……………16

附录资料性检测示例

D()………………18

附录资料性检测报告示例

E()………………………20

参考文献

……………………22

Ⅰ

GB/T33210—2025

前言

本文件按照标准化工作导则第部分标准化文件的结构和起草规则的规定

GB/T1.1—2020《1:》

起草

。

本文件代替无损检测残余应力的电磁检测方法与相

GB/T33210—2016《》,GB/T33210—2016

比除结构调整和编辑性改动外主要技术变化如下

,,:

更改了范围见第章年版的第章

———(1,20161);

增加了灵敏度极和剪应力差法的术语和定义见和

———、(3.1、3.23.3);

增加了检测原理见第章

———(4);

增加了安全要求见第章

———(5);

删除了人员资格见年版的第章

———(20164);

增加了通用检测工艺规程见第章

———(6);

更改了检测系统见第章年版的第章

———(7,20166);

更改了检测程序见第章年版的第章

———(8,20167);

更改了检测记录与报告见第章年版的第章

———(9,20168)。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任

。。

本文件由全国无损检测标准化技术委员会提出并归口

(SAC/TC56)。

本文件起草单位中国特种设备检测研究院上海材料研究所有限公司广东省特种设备检测研究

:、、

院佛山检测院中国矿业大学宁夏大学思特尔智能检测系统苏州有限公司

、、、()。

本文件主要起草人丁克勤蒋建生辛伟邓波王志杰殷春浩时朋朋丁杰刘海顺陈力赵娜

:、、、、、、、、、、、

陈光汪文帅李娜张理京魏明程亚宇李家顺吴志航韩丽娜

、、、、、、、、。

本文件于年首次发布本次为第一次修订

2016,。

Ⅲ

GB/T33210—2025

无损检测基于逆磁致伸缩效应的残余

应力检测方法

1范围

本文件描述了基于逆磁致伸缩效应的铁磁性材料表面残余应力的检测方法

。

本文件适用于铁磁性结构件的表面残余应力检测例如特种设备交通能源等领域的铁磁性结

(、、

构件

)。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中注日期的引用文

。,

件仅该日期对应的版本适用于本文件不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于

,;,()

本文件

。

无损检测术语涡流检测

GB/T12604.6

无损检测通用术语和定义

GB/T20737

3术语和定义

和界定的以及下列术语和定义适用于本文件

GB/T12604.6GB/T20737。

31

.

灵敏度sensitivity

检测仪器在单位应力作用下的输出电压或电流值

。

注单位为毫伏每兆帕或毫安每兆帕

:(mV/MPa)(mA/MPa)。

32

.

极pole

检测传感器中绕制激励线圈和检测线圈的爪部分

。

注如型的二极传感器四极传感器和九极传感器等

:U、。

33

.

剪应力差法sheardifferencemethod

通过基于逆磁致伸缩效应的测量方法直接获得主应力差和主应力方向利用弹性力学的平衡方

,

程确定出一点平面应力状态的各个应力分量的分析方法

,。

注剪应力差法是二维平面应力分析中主应力分离常用的计算方法

:。

4检测原理

铁磁性材料内部存在残余应力时由于逆磁致伸缩效应残余应力会在结构件中产生磁特性表现

,,(

为磁导率或磁阻的变化进而通过测量表面磁感应信号实现对结构件内残余应力的检测基于逆磁致

),。

伸缩效应的残余应力检测原理见图

1。

1

GB/T33210—2025

标引序号说明

:

磁芯

1———;

激励线圈

2———;

检测线圈

3———;

被检工件

4———;

空气隙

5———。

图1基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测原理

在进行检测时首先向激励线圈通入正弦电压E激励电流I产生的磁通Φ经激励极激励极

,(),(e)()、

空气隙被检铁磁性材料检测极空气隙和检测极后回到激励极构成闭合回路在该回路中被检工件

、、,。,

中存在残余应力时所对应的磁阻发生变化回路磁通量Φ也发生变化进而引起检测线圈中感应电

,,(),

压发生改变与该处的主应力差σσ存在一一对应关系见公式

,(1-2),(1):

σ-σ=1V2+V2

12K045…………(1)

式中

:

σ最大主应力单位为兆帕

1———,(MPa);

σ最小主应力单位为兆帕

2———,(MPa);

V四极或九极传感器与X轴成时的差分输出电压单位为微伏

0———0°,(μV);

V四极或九极传感器与X轴成时的差分输出电压单位为微伏

45———45°,(μV);

K电压式仪器灵敏度单位为微伏每兆帕

———,(μV/MPa)。

感应电压与主应力方向角的关系见公式

,(2):

θ=-1VV

arctan(45/0)…………(2)

2

式中

:

θ主应力方向角单位为度

———,(°);

V四极或九极传感器与X轴成时的差分输出电压单位为微伏

0———0°,(μV);

V四极或九极传感器与X轴成时的差分输出电压单位为微伏

45———45°,(μV)。

主应力差与电流差差分电压的关系见附录

、A。

再利用剪应力差法对主应力差σσ进行分离计算得到主应力σσ和分应力σσ的大小

(1-2),1、2x、y。

基于剪应力差法的主应力计算方法见附录

B。

5安全要求

使用本文件的用户应在检测前建立安全准则

。

检测过程中应至少符合以下安全要求

:

2

GB/T33210—2025

在实施检测前对检测过程中伤害检测人员的各种危险源加以辨识并对检测人员进行培训和

a),,

采取必要的保护措施

;

检测人员遵守被检构件现场的安全要求根据检测地点的要求穿戴防护工作服和佩戴有关防

b),

护设备

;

若有要求使用的电子仪器具有防爆功能

c),;

在封闭空间内进行操作时辨识氧气含量等相应因素采取必要的保护措施

d),,;

在高空进行操作时辨识人员检测设备器材坠落等因素采取必要的保护措施

e),、,;

在极端环境下进行操作时如低温高温等条件下辨识人员冻伤烫伤中暑等因素采取必要

f),、,、、,

的保护措施

;

检测前辨识存在的强磁干扰对可能受影响的设备人员做好防护

g),,、。

6通用检测工艺规程

从事基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测的单位应按本文件的要求制定通用检测工艺规程其内

,

容应至少包括

:

适用范围

a);

引用标准法规

b)、;

检测仪器设备如传感器信号线电缆线仪器主机检测数据采集和分析软件等

c),、、、、;

被检构件的信息如几何形状与尺寸材质等

d),、;

检测覆盖范围及检测仪器参数设置

e);

被检构件表面状态

f);

检测时机

g);

检测过程和数据分析解释

h);

检测结果的评定

i);

检测记录报告和资料存档

j)、;

工艺规程的编制审核和批准人员

k)、;

编制日期

l)。

7检测系统

71检测系统构成

.

基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测系统构成见图根据被检构件的材料特性选择灵敏度和

2。,

激励信号频率计算机根据计算结果控制信号发生单元产生所需频率的电磁信号经功率放大单元放

;,,

大后驱动激励线圈施加磁场并在被检构件表面形成闭合磁路检测线圈检测到被检构件中残余应力引

,;

起的磁特性变化产生相应的电信号信号放大器将信号采集单元接收到的信号放大后通过模数转换输

,;

入计算机计算机进行信号分析处理后得到残余应力大小和方向的检测结果

;,。

3

GB/T33210—2025

图2基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测系统构成

72传感器

.

721传感器分类

..

7211按传感器极的数量传感器分为以下类型

...,:

二极传感器

———;

三极传感器

———;

四极传感器

———;

九极传感器

———。

7212按传感器输出信号传感器分为以下类型

...,:

电流式

———;

感应电压式

———。

722传感器选择

..

选择传感器应辨识

:

被检构件的材料特性如是否导电或导磁

———,;

被检构件的几何尺寸如管材板材棒材型材

———,、、、;

被检构件的外部状况如表面可接近状况包覆层材料

———,、;

被检构件的环境状况如温度强磁场

———,、。

73检测仪

.

731总体要求

..

检测仪应包含激励单元信号处理单元上位机计算机信号采集与分析软件

、、()、。

检测仪应满足以下要求

:

激励信号的频率幅值可调

———、;

数据采集频率不低于激励信号最高频率的倍与信号激励具有同步功能

———10,;

根据被检构件材料特性给出标定曲线和灵敏度

———,;

检测信号实时存储以备后续处理和分析

———,;

具有绘制和存储残余应力大小和方向的功能

———。

732检测仪的组成单元

..

7321激励单元

...

激励单元的功能主要是产生相应的激励信号进而驱动激励线圈产生交变磁场在被检构件中激发

,,

4

GB/T33210—2025

出相应的磁场变化应根据被检构件状况和传感器类型选择合适的激励单元

。。

7322信号处理单元

...

信号处理单元能将传感器接收到的信号进行放大等调理输入到计算机信号处理单元包括信号

,。

采样单元信号和放大器

。

信号采样单元能将模拟信号转换成数字信号输入到计算机信号采样单元的采样频率应至少大

,。

于激励频率的倍

10。

信号放大器能放大来自传感器的信号同时采用带通滤波器去除干扰噪声

,。

信号处理单元应与传感器激励单元和检测目的相匹配

、。

7323信号采集与分析

...

基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测信号采集与分析软件应至少具备以下功能

:

信号采集

———;

信号存储

———;

信号分析

———;

信号回放

———。

733检测仪的性能

..

7331灵敏度

...

输出信号为电流的检测仪对残余应力的灵敏度不应小于

10μA/MPa。

输出信号为感应电压的检测仪对残余应力的灵敏度不应小于

100μV/MPa。

7332重复误差

...

测量得到的主应力差和主应力方向角重复误差应分别小于和

20MPa7°。

计算得到的主应力重复误差应小于

20MPa。

74标定试样

.

标定试样用于对检测仪器灵敏度及其功能进行测试标定试样选用的材质与被检构件一致标定

。,

试样的长度厚度及加工要求见

、GB/T228.1。

75检测设备的维护和核查

.

每个月对检测设备进行周期性维护和核查以保证仪器功能

6,。

在现场检测时如怀疑设备的检测结果应对设备进行功能核查和调整并记录每次核查结果

,,,。

8检测程序

81检测前的准备

.

811资料审查

..

资料审查应包括

:

被检构件制造文件资料如产品合格证质量证明文件竣工图等重点了解其类型结构特征

a),、、,、

和材质特性等

;

被检构件检测资料如历次检测报告

b),;

5

GB/T33210—2025

被检构件其他资料如维护保养修理和改造的文件资料等

c),、、。

812现场勘查

..

在现场勘查时应找出所有影响检测结果的强磁源宜尽可能设法排除这些强磁源

,,。

813检测作业指导书或工艺卡编制

..

对于每个被检构件根据使用的仪器和现场实际情况按照通用检测工艺规程编制被检构件残余应

,,

力检测作业指导书或工艺卡确定传感器型号和表面条件画出被检构件结构示意图确定检测次序

;,,。

82检测部位表面处理

.

检测部位表面处理规定如下

:

检测部位表面不应存在液体或污垢等固体残留物以及影响检测结果的障碍物

a);

条件不允许情况下可进行非接触测量可保留厚度小于的涂层防腐层或保温层但

b),,10mm、,

宜通过贴相同厚度聚氯乙烯薄膜对检测仪器灵敏度进行测量和确定

。

83确定灵敏度

.

831标定曲线的绘制

..

标定曲线的绘制应包括以下内容

。

选择与被检构件材质化学成分热处理状态相同的标定试样确保标定结果的准确性和可

a)、、,

比性

。

对标定试样施加已知的应力值覆盖检测所需的应力范围通常为σσ确保标定曲线

b),(0s~0.9s),

涵盖实际检测过程中可能遇到的应力水平

。

使用检测系统对标定试样进行多次测量记录不同应力下传感器的输出电流差I或电压差

c),(Δ)

V

(Δ)。

将记录的数据整理成应力值与信号输出之间的关系图绘制标定曲线通常采用三折线段近

d),。

似描述标定曲线以适应非线性关系

,。

验证标定曲线的准确性确保不同折线段的拟合度良好检测系统能在各应力段准确反映应力

e),,

变化

。

832灵敏度的计算

..

灵敏度的计算应包括以下内容

:

根据标定曲线计算电流式仪器灵敏度αm和电压式仪器灵敏度Km其中m

a),[()][()],=1,2,

分别对应标定曲线的三折线段电流式仪器灵敏度αm和电压式仪器灵敏度Km计

3,。[()][()]

算公式见附录

C。

将加载应力范围分为三个折线段分别计算每一段的灵敏度具体步骤如下

b),。:

对于第一折线段计算得到灵敏度α和K

———,11;

对于第二折线段计算得到灵敏度α和K

———,22;

对于第三折线段计算得到灵敏度α和K

———,33。

通过多次标定试验验证灵敏度的重复性和可靠性确保在不同的标定试样和相同的试验条

c),。

件下灵敏度的波动在以内

,5%。

84确定激励频率和最佳激励电流

.

激励电流频率和大小由以下方式确定

。

6

GB/T33210—2025

根据测量深度选择激励电流的频率激励频率按公式计算

a)。(3):

ρ

f=

μδ2…………(3)

π

式中

:

f激励频率单位为赫兹

———,(Hz);

ρ电阻率单位为欧姆米

———,(Ω·m);

μ磁导率单位为亨每米

———,(H/m);

δ测量深度单位为米

———,(m)。

以铁磁性材料为例的电阻率为-7磁导率为-3激励频

Q235,Q2351.9×10Ω·m,5.03×10H/m,

率和测量深度的关系见表

1。

表1激励频率和测量深度关系表

测量深度激励频率

mmHz

0.01120000

0.0230100

0.054800

0.081880

0.11203

0.15535

0.2301

0.25193

0.3134

0.548

1.012

激励电流频率不变改变激励电流大小绘制标定曲线根据灵敏度确定最佳激励电流

b),,,。

85检测位置选择

.

应按照以下原则选择检测位置

。

根据被检构件的设计和使用情况选择应力集中较高的区域作为检测位置这些区域通常包

a),。

括焊缝热影响区以及其他几何形状复杂或载荷集中的部位

、。

根据被检构件的历史运行记录和历次检验资料选择曾经出现过缺陷或异常的区域作为重点

b),

检测位置

。

86检测实施

.

861检测仪器调试

..

检测仪器的调试包括以下步骤

:

连接传感器与仪器主机

a);

打开仪器开关通电并按仪器制造商规定的时间预热使仪器达到稳定工作状态

b),,;

按照被检构件的具体情况和确定的激励频率和激励电流大小灵敏度等设定仪器的工作参数

c)、;

7

GB/T33210—2025

对被检结构件施加激励信号测量构件的检测点位产生的响应信号

d),;

进一步调节仪器工作参数使仪器处于良好的工作状态

e),。

862检测过程

..

基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测过程包括以下步骤

:

根据被检对象确定x和y方向

a);

确定检测区域标出检测点并按照顺序对每个检测点进行标号

b),,;

从第个标点开始逐行逐点进行检测

c)1,;

所有点检测完毕后对检测数据进行存储记录和分析

d),。

具体示例见附录

D。

实际检测时如果检测对象周围的磁环境不稳定或存在强磁场源如电机变压器等则影响检测

,(、),

结果温度变化影响材料的磁性在高温或低温环境下使用时应进行温度补偿如果被检对象表面有

。,,。

涂层氧化膜或有其他非磁性物质覆盖当覆盖层厚度超过一定数值时会屏蔽或扭曲磁场信号并产生

、,,

测量误差

。

863检测信号分析

..

利用二极传感器检测设备测量残余应力时应通过调整二极传感器与X轴的角度进行测量对每

,,

一测量点分别在和方向提取电流差信号采用四极和九极传感器时对每一测量点分别在

0°、45°90°。,0°

和方向提取差分电压信号然后计算出主应力差的大小和主应力方向角具体计算公式见附录

45°,。A。

得到主应力差和主应力方向角后利用剪应力差法对主应力差进行分离计算得到主应力和分应力

,,

的大小具体的计算方法见附录

,B。

9检测记录与报告

91检测记录

.

应按检测工艺规程的要求记录检测数据和有关信息

。

92检测报告

.

基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测报告应至少包括

:

委托单位

a);

检测单位

b);

被检构件的信息如名称编号材料和几何尺寸等

c),、、